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近岸风浪能量平衡方程数学模型的应用研究

郝宇驰  
【摘要】: 本文基于SWAN(Simulating Wave Nearshore),主要进行了以下工作: 简述了随机波浪理论,推导了能量平衡方程,对SWAN模式的数学模型及其数值求解方法进行了研究。 将SWAN的前后处理功能进行了分析,利用Visual Basic语言编程实现了SWAN模式的可视化界面,简化了模式的使用。 对SWAN模式的谱型进行了扩展。利用文氏谱,验证了SWAN模式对不规则波浪破碎的模拟。通过沙坝地形破碎实验、半无限长单突堤实验、椭圆浅滩实验,对SWAN的数值计算结果进行了验证。 将SWAN应用于常风天气条件下渤海区域的波浪数值计算中。计算了1981年8月1号-11号的波浪变化情况:利用渤海近30年来8月份的平均风场统计图以及国家海洋信息中心提供的渤海海域海洋观测点的实测气象数据计算海面风场,利用水动力数学模型计算了同时间段的M2分潮流场以及水位的变化情况,在此基础上,计算了不同潮位时,在不同风速、风向作用下,渤海海域的波浪分布情况,通过与海域内塘沽、秦皇岛、老虎滩等三个测站的波浪要素观测值的比较,分析了模型的计算结果,在渤海全海域输出了波高波向分布图,分析了风速与波高之间的关系,建立了用于渤海海域的数值波浪后报模式。 将SWAN应用在强台风天气条件下南中国海的波浪数值计算中。根据搜集的Mindulle(台风“蒲公英”)的卫星云图、移行路径图等资料以及台风中心点的风速、风向和气压实测数据资料,由藤田模型模拟台风气压分布,利用数学模型对台风风场进行了数值模拟,以风场驱动波浪场,利用SWAN模式对台风强天气过程下的南中国海附近区域的波浪分布进行了数值模拟计算。


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